相平衡与相图

1、School of materials Science and engineering6.6专业三元相图举例专业三元相图举例6.5三元系统三元系统6.4二元系统二元系统6.1 概述概述6.2相平衡及其研究方法相平衡及其研究方法6.3 单元系统单元系统6 相平衡和相图相平衡和相图（Phase equilibria and phase diagram）School of materials Science and engineering一、基本概念：一、基本概念：1、相平衡：、相平衡：是研究一个多组分是研究一个多组分(或单组分或单组分)、多、多相平衡状态如何随影响平衡的因素相平衡状态如何随影响平衡

2、的因素变化而改变的规律。（变化而改变的规律。（平衡态与非平平衡态与非平衡态衡态）2、相图、相图：用来描述温度、压力、组分浓度等因用来描述温度、压力、组分浓度等因素变化与系统平衡状态关系的几何图素变化与系统平衡状态关系的几何图形。也称为平衡状态图。形。也称为平衡状态图。6.16.1概述概述School of materials Science and engineering4、利用相图与性能的关系预测材料性能。、利用相图与性能的关系预测材料性能。5、利用相图进行材料生产过程分析。、利用相图进行材料生产过程分析。1、研究、开发新材料，确定材料成分、研究、开发新材料，确定材料成分 如：确定配如：确定

3、配料范围，缩小实验范围。料范围，缩小实验范围。2、利用相图可以制订材料的生产和处理工艺、利用相图可以制订材料的生产和处理工艺 如：如：材料的处理温度等工艺参数。材料的处理温度等工艺参数。3、可以分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组、可以分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组织变化织变化。二、研究相图的意义二、研究相图的意义School of materials Science and engineering6.26.2相平衡及其研究方法相平衡及其研究方法6.2.1相平衡的几个基本概念相平衡的几个基本概念（2）组分、独立组分）组分、独立组分组分：组分：系统中每一个可以单独分离出来，并能系统中每

4、一个可以单独分离出来，并能独独立存在立存在的化学纯物质（的化学纯物质（S）。）。独立组分：独立组分：构成平衡系统各相组成所需的最少数构成平衡系统各相组成所需的最少数目的化学纯物质（目的化学纯物质（C）。）。（1）系统）系统系统系统：选择的研究对象。：选择的研究对象。凝聚系统：凝聚系统：没有气相或气相可忽不计的系统。没有气相或气相可忽不计的系统。据独立组分数可据独立组分数可对平衡系统进行对平衡系统进行分类分类（单元、二元、三元系统）（单元、二元、三元系统）School of materials Science and engineering（3）相（）相（P）系统中具有相同物理性质和化学系统中具

5、有相同物理性质和化学性质的均匀部分的总和。性质的均匀部分的总和。p 机械混合物机械混合物：多元系统在低共熔温度下从低共熔：多元系统在低共熔温度下从低共熔组成的液相中析出的低共熔混合物是几种晶体的组成的液相中析出的低共熔混合物是几种晶体的混合物，析出几种晶体，就产生几个新相。混合物，析出几种晶体，就产生几个新相。p 生成化合物生成化合物：形成新相，但不增加独立组分数。：形成新相，但不增加独立组分数。p 形成固溶体形成固溶体：几种组分间形成的固溶体算一个相。：几种组分间形成的固溶体算一个相。p 同质多晶现象同质多晶现象：同一物质的不同晶型各自成相，：同一物质的不同晶型各自成相，有几种变体，就有几个

6、相。有几种变体，就有几个相。p 硅酸盐高温熔体硅酸盐高温熔体：表现为单相，但液相分两层时，：表现为单相，但液相分两层时，为两个相，依此类推。为两个相，依此类推。系统中可能存在的情况School of materials Science and engineering图图6.1水的相图水的相图（4）自由度（）自由度（F）在一定范围内可以任意改变而在一定范围内可以任意改变而不会引起旧相消失不会引起旧相消失或新相产生的独立变量或新相产生的独立变量的数目。的数目。水的三相点并非水的三相点并非0，而是而是（0.0099 ，610.483Pa）。）。变量：变量：浓度、温浓度、温度、压力等。度、压力等。Sc

7、hool of materials Science and engineering 相律相律(phase rule)：F= C - P + n F-自由度数。自由度数。 C-独立组分数，即构成平衡系统所有各相组成所独立组分数，即构成平衡系统所有各相组成所需要的最少需要的最少 的化学纯物质的数目；的化学纯物质的数目； P-相的数目；相的数目； n-温度、压力等能影响系统平衡的外界因素。温度、压力等能影响系统平衡的外界因素。（5）相律（）相律（1876年，年，Gibbs）一般只考虑温度和压力，一般只考虑温度和压力，F = C P + 2 而对于凝聚系统，而对于凝聚系统，F = C P + 1Sch

8、ool of materials Science and engineering6.2.3 相平衡的研究方法相平衡的研究方法研究方法：研究方法：利用系统发生相变时的物理化学性利用系统发生相变时的物理化学性质或能量的变化，用各种实验方法质或能量的变化，用各种实验方法准确地测出相变时的温度。准确地测出相变时的温度。p 静态法静态法 ( (淬冷法淬冷法) )淬冷法是将一系列不同组成的试样在选定的不同淬冷法是将一系列不同组成的试样在选定的不同温度下长时间保温，使之达到该温度和组成条件下温度下长时间保温，使之达到该温度和组成条件下的热力学平衡状态，然后迅速冷却，以便将高温的的热力学平衡状态，然后迅速冷却

9、，以便将高温的平衡状态在低温下保存下来，再使用适当的手段对平衡状态在低温下保存下来，再使用适当的手段对其中所包含的平衡各相进行鉴定，经过不同组成、其中所包含的平衡各相进行鉴定，经过不同组成、不同温度条件下若干试验，确定相的数目，性质随不同温度条件下若干试验，确定相的数目，性质随组成和温度变化的关系，记录并绘成相图。组成和温度变化的关系，记录并绘成相图。School of materials Science and engineering新的测试仪器的出现，如：高温显微镜，高温新的测试仪器的出现，如：高温显微镜，高温- -XRDXRD，可用来直接研究高温下相的变化，提高了高温，可用来直接研究高温

10、下相的变化，提高了高温相平衡的准确性。相平衡的准确性。( (常用于粘度较大的硅酸盐材料相常用于粘度较大的硅酸盐材料相平衡研究平衡研究) )关键：关键：淬冷过程中能否很好地保存高温下状态？淬冷过程中能否很好地保存高温下状态？School of materials Science and engineeringp动态法动态法最普通的方法是热分析法，该方法主要是通过最普通的方法是热分析法，该方法主要是通过系统中的物质在加热和冷却过程中所发生的热效系统中的物质在加热和冷却过程中所发生的热效应来实现的。应来实现的。(1)(1)加热或冷却曲线法：加热或冷却曲线法：准确地测出系统在加准确地测出系统在加热或冷

11、却过程的热或冷却过程的“温度温度- -时间时间”曲线。如果系统在曲线。如果系统在均匀加热或冷却过程中无相变化，则温度变化是均匀加热或冷却过程中无相变化，则温度变化是均匀的，曲线是圆滑的；反之，就有热效应的产均匀的，曲线是圆滑的；反之，就有热效应的产生，曲线就有突变或转折。但如果相变的热效应生，曲线就有突变或转折。但如果相变的热效应很小，在曲线上就不易出来，为了测量出这种相很小，在曲线上就不易出来，为了测量出这种相变过程的微小热效应，通常采用变过程的微小热效应，通常采用差热分析法差热分析法。School of materials Science and engineeringSchool of

12、materials Science and engineering(2)(2)差热分析法差热分析法 测量系统相变时的热效应以及所对测量系统相变时的热效应以及所对应的温度。应的温度。优点：可以测量微小的热效应。优点：可以测量微小的热效应。NoticeNotice：热分析法热分析法( (动态法动态法) )中，只测得了相变中，只测得了相变所对应的温度以及热效应，而没有测得系统相变所对应的温度以及热效应，而没有测得系统相变前后的相组成、数量和分布，要想得到这些信息前后的相组成、数量和分布，要想得到这些信息还需借助于其它手段。还需借助于其它手段。School of materials Science a

13、nd engineeringp 两种研究方法的比较：两种研究方法的比较：方法方法优点优点 缺点缺点淬淬冷冷法法( (静静态法态法) )准确度高，准确度高，因为试样因为试样经长时间保温，比较经长时间保温，比较接近于平衡态，淬冷接近于平衡态，淬冷后在室温下对平衡共后在室温下对平衡共存的相数、组成、形存的相数、组成、形态、数量直接进行测态、数量直接进行测定。定。1 1、对、对某些相变特别快的系统某些相变特别快的系统，当，当淬冷难以完全阻止降低过程中发生淬冷难以完全阻止降低过程中发生新的相变化，此方法新的相变化，此方法不适用不适用；2 2、工作量大。工作量大。热分热分析法析法( (动态动态法法) )简

14、便一些。简便一些。1 1、因是、因是动态动态法法( (不是平衡态不是平衡态) )，所，所测得的相变温度是测得的相变温度是近似值近似值；2 2、只测得了相变所对应的温度以、只测得了相变所对应的温度以及热效应，而没有测得系统相变前及热效应，而没有测得系统相变前后的相组成、数量和分布，要想得后的相组成、数量和分布，要想得到这些信息还需借助于其它手段。到这些信息还需借助于其它手段。3 3、只能用于相变速度快的系统。只能用于相变速度快的系统。School of materials Science and engineeringFCP23PPmin=1，Fmax=2；Pmax=3，Fmin=0。表示方法：

15、表示方法：T-P状态图。状态图。6.3 6.3 单元系统（单元系统（one-component systemsone-component systems）水型物质水型物质，冰、，冰、铋、镓、锗、三铋、镓、锗、三氯化铁等少数物氯化铁等少数物质属于此类。质属于此类。硫型物质硫型物质铅字印刷铅字印刷VTHdTdpSchool of materials Science and engineering各几何要素（区、线、点）的意义及相应的相、自由度。各几何要素（区、线、点）的意义及相应的相、自由度。蒸发曲线蒸发曲线升华曲线升华曲线熔融曲线熔融曲线多晶转变曲线多晶转变曲线F2F2F1F06.3.1具有多晶

16、转变的单元系统相图具有多晶转变的单元系统相图School of materials Science and engineering可逆与不可逆多晶转变可逆与不可逆多晶转变 多晶转变温度低于两晶多晶转变温度低于两晶型熔点型熔点多晶转变温度高于两晶型多晶转变温度高于两晶型熔点熔点晶体晶体II没有自己稳定存在的没有自己稳定存在的区域区域，晶相晶相必须通过熔体必须通过熔体然后过冷才能转变成晶相然后过冷才能转变成晶相。晶体晶体、晶体晶体都有稳都有稳定区定区。School of materials Science and engineering石英石英一级变体间的转变一级变体间的转变(慢慢)鳞石英鳞石英方

17、石英方石英熔融石英熔融石英二级变体间的转变二级变体间的转变(快快)熔体熔体(1600)石英石英87017231470573 熔体熔体 (1670)163117鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英180270方石英方石英石英玻璃石英玻璃急冷急冷6.3.2单元系统专业相图举例单元系统专业相图举例（七种晶型）（七种晶型）(1)、SiO2系统相图系统相图School of materials Science and engineeringSiO2系统相图系统相图石英玻璃石英玻璃School of materials Science and engineering石英石英压电晶体的制压电晶体的制备备水泥熟料中水泥熟

18、料中C2S的晶型的晶型转变转变School of materials Science and engineering体积收缩体积收缩5%，吸热，吸热逆向转化滞后逆向转化滞后School of materials Science and engineeringSchool of materials Science and engineering6.46.4二元系统二元系统这两个自由度是温度和两组分中任一组分的浓度。这两个自由度是温度和两组分中任一组分的浓度。二元凝聚系统相图温度组成平面图表示。二元凝聚系统相图温度组成平面图表示。对于二元凝聚系统，对于二元凝聚系统，FCP13PPmin=1，Fma

19、x=2Pmax=3，Fmin=0School of materials Science and engineering（1 1）相图表示方法）相图表示方法浓度：该二元系统由浓度：该二元系统由（A A、B B）二组分构成，）二组分构成，两端点分别表示组成为两端点分别表示组成为（100%100%、0 0）和（）和（0 0，100%100%），越靠近），越靠近B B端，端，A A的含量越少。的含量越少。 注：注：组成可以是质量百分数，亦可以是摩尔分数，其图组成可以是质量百分数，亦可以是摩尔分数，其图形有差别。形有差别。 6.4.1二元系统相图的表示方法及杠杆规则二元系统相图的表示方法及杠杆规则Sch

20、ool of materials Science and engineering杠杆规则：杠杆规则：如果一个相分解为两个相，则生成的两如果一个相分解为两个相，则生成的两个相的数量与原始相的组成点到两个新个相的数量与原始相的组成点到两个新生相的组成点之间线段成反比生相的组成点之间线段成反比。211221121212GMMGMMGMMGM MGMMGM M=（2）杠杆规则）杠杆规则School of materials Science and engineering学习相图的要求学习相图的要求：1 1、相图中点、线、面含义、相图中点、线、面含义2 2、析晶路程、析晶路程3 3、杠杆规则、杠杆规则4

21、 4、相图的作用、相图的作用School of materials Science and engineering6.4.26.4.2二元系统相图的基本类型二元系统相图的基本类型（1 1）具有低共熔点的二元系统）具有低共熔点的二元系统（2 2）生成一致熔融化合物的二元系统）生成一致熔融化合物的二元系统（3 3）生成不一致熔融化合物的二元系统生成不一致熔融化合物的二元系统（4 4）固相中有化合物形成或分解的系统）固相中有化合物形成或分解的系统（5 5）具有多晶转变的系统具有多晶转变的系统（6 6）具有液相分层的系统）具有液相分层的系统（7 7）形成连续固溶体的系统）形成连续固溶体的系统（8 8）

22、形成不连续固溶体的系统）形成不连续固溶体的系统学习相图的要求学习相图的要求：1 1、相图中点、线、相图中点、线、面含义面含义2 2、析晶路程、析晶路程3 3、杠杆规则、杠杆规则4 4、相图的作用、相图的作用School of materials Science and engineering 两组分各自从液相中两组分各自从液相中分别结晶；分别结晶； 二者不发生化学反应二者不发生化学反应而生成化合物。而生成化合物。 几何要素的意义：几何要素的意义：点、线（如：点、线（如：aEaE为溶为溶解度曲线）、相区的解度曲线）、相区的意义。意义。（1 1）具有一个低共熔点的二元系统相图）具有一个低共熔点的二

23、元系统相图特点：特点：两组分在液态时能以任意比例互溶；两组分在液态时能以任意比例互溶；固相完全不互溶；固相完全不互溶； LLLendF 2F 1F 0AABAB:EKGRMAA BMCEbgnbgn液液相相固固相相：School of materials Science and engineering 请分析熔体请分析熔体1 1、2 2及及3 3的冷却过程，的冷却过程，画出对应的冷却画出对应的冷却曲线？曲线？123School of materials Science and engineering要求：要求：熟练分析各熟练分析各组成点冷却过程的组成点冷却过程的自由度、反应及各自由度、反应及各

24、相的数量、相应的相的数量、相应的微结构形成。微结构形成。 A TBALBLTABLBMA+BEL2S2L1S1SEMEM3M2M1T1T2TE记住：记住：任何时刻系统点、液相点、固相点三点一定任何时刻系统点、液相点、固相点三点一定处在同一条等温的水平线上处在同一条等温的水平线上( (称为称为结线结线, ,它把系统中平它把系统中平衡共存的二个相的相点连接起来衡共存的二个相的相点连接起来) )。School of materials Science and engineering一致熔融化合物一致熔融化合物：指熔化为液态的液相组成与其：指熔化为液态的液相组成与其晶相组成相同的化合物。（晶相组成相同

25、的化合物。（同成分熔融化合物同成分熔融化合物）重点讨论几何要素、析晶过程。重点讨论几何要素、析晶过程。（2 2）具有一个一致熔融化合物的二元系统相图）具有一个一致熔融化合物的二元系统相图School of materials Science and engineering不一致熔融化合物不一致熔融化合物：一种不稳定的化合物，一种不稳定的化合物，加热这种化合物到某加热这种化合物到某一温度便发生分解，一温度便发生分解，分解产物是一种液相分解产物是一种液相和一种晶相，二者组和一种晶相，二者组成与原来化合物组成成与原来化合物组成完全不同。完全不同。几何要素、析晶过程几何要素、析晶过程分析：分析：（3

26、3）具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图）具有一个不一致熔融化合物的二元系统相图 LALLBendF 2F 1F 0ALAend1F 0ABBAAA:1KPPEEMFD1mnmnmnmnmnmnmnBBLBABFBBABABJHb bg gn nb bg gn n液液相相固固相相：1LAmnBB（转熔）（转熔）School of materials Science and engineering微结构的形成、包晶现象：微结构的形成、包晶现象：School of materials Science and engineering（4 4）固相中有化合物生成与分解的二元系统相图）固相中有化合物生

27、成与分解的二元系统相图特点：特点：化合物不能从液相中析出，它是由化合物不能从液相中析出，它是由A A、B B两组两组分经固相反应生成的。分经固相反应生成的。 MML1S1M”N LLAL1endF 2F 1F 0BBB1EA:LEESTM(A,0)bgnAA液相固相：mnA BBAmnMMABB FMM”化合物低温稳定、高温分解化合物低温稳定、高温分解化合物低温分解、高温分解化合物低温分解、高温分解School of materials Science and engineeringp晶型转变温度高于低共熔温度晶型转变温度高于低共熔温度p是晶型转变温度低于低共熔温度。是晶型转变温度低于低共熔温

28、度。（5 5）具有多晶转变的二元系统相图）具有多晶转变的二元系统相图MM LLAendF 2F 1F 010ABBAPE:KPPFTTLAALALA BbgnendFFMEERM b bg gn nA A A A 液液相相固固相相：School of materials Science and engineering特点：特点：A A、B B两组分在固两组分在固态和液态时均能以任态和液态时均能以任意比例互溶而不生成意比例互溶而不生成化合物化合物; ;相图中没有低共相图中没有低共熔点也没有最高点，熔点也没有最高点，因而液相线和固相线因而液相线和固相线平滑连续曲线。平滑连续曲线。相图无二元无变相图

29、无二元无变量点。量点。（6 6）形成连续固溶体的二元系统相图）形成连续固溶体的二元系统相图 ABLSL13F 2F 113:LLSSABSM液液相相固固相相：School of materials Science and engineering二特例：二特例：具有最高熔点和最低熔点的系统。可具有最高熔点和最低熔点的系统。可将其分成两个二元系统。将其分成两个二元系统。School of materials Science and engineering（7 7）形成不连续固溶体的二元系统相图）形成不连续固溶体的二元系统相图School of materials Science and engin

30、eeringL+SA(B)MTLL+SB(A)PCDSB(A)SA(B)+SB(A)SA(B)AFPCDGB%Bab图图6.40 具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图M（8 8）具有转熔点的有限固溶体的二元系统相图）具有转熔点的有限固溶体的二元系统相图School of materials Science and engineeringL+SA(B)MTLL+SB(A)PCDSB(A)SA(B)+SB(A)SA(B)AFPCDGB%Bab图图6.40 具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图MNNSchool of mater

31、ials Science and engineeringL+SA(B)MTLL+SB(A)PCDSB(A)SA(B)+SB(A)SA(B)AFPCDGB%Bab图图6.40 具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图MNNSchool of materials Science and engineeringL+SA(B)MTLL+SB(A)PCDSB(A)SA(B)+SB(A)SA(B)AFPCDGB%Bab图图6.40 具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图具有转熔点的有限固溶休的二元系统相图MNNSchool of materials Science and e

32、ngineering临界点：临界点：温度升高，溶解温度升高，溶解度增大，当温度度增大，当温度升高到某一温度升高到某一温度时，已分层的两时，已分层的两液相变成一相，液相变成一相，这一温度称为临这一温度称为临界点。界点。图图6.41具有液相分层的二元系统相图具有液相分层的二元系统相图MLL+ATTDTEL+BA+BABHCGDIJEML+AabL1L1L1L2L2L2%BK二液区二液区（9 9）具有液相分层的二元系统相图）具有液相分层的二元系统相图帽形区帽形区School of materials Science and engineering无化合物形成无化合物形成有化合物形成有化合物形成多晶转

33、变多晶转变液相不完全互溶液相不完全互溶液相完全互溶液相完全互溶固相不互溶固相不互溶固相有限互溶固相有限互溶固相完全互溶固相完全互溶School of materials Science and engineering6.3.3 6.3.3 二元系统相图举例二元系统相图举例分析步骤：分析步骤：（1 1）了解生成化合物的性质）了解生成化合物的性质，包括：是否是一致熔，包括：是否是一致熔融化合物、是否存在多晶转变、是否有固溶体融化合物、是否存在多晶转变、是否有固溶体形成、生成的化合物是否有分解等形成、生成的化合物是否有分解等（2 2）以一致熔融化合物为分界线，可将复杂的二元）以一致熔融化合物为分界线

34、，可将复杂的二元系统分为若干个相对简单的二元系统系统分为若干个相对简单的二元系统（3 3）分析各分二元系统中点、线、区域所表达的平）分析各分二元系统中点、线、区域所表达的平衡关系衡关系（4 4）分析熔体的冷却析晶过程或混合物的加热过程，）分析熔体的冷却析晶过程或混合物的加热过程，并能应用杠杆规则计算各相的相对数量并能应用杠杆规则计算各相的相对数量School of materials Science and engineering6.4.3.1Al2O3-SiO2系统相图系统相图图图6.42 Al2O3-SiO2二元系统二元系统SiO2Al2O3温度温度()120014001600180020

35、00高纯原料、密闭高纯原料、密闭少量碱金属杂质、非密闭少量碱金属杂质、非密闭Aksay & Pask, Science, 183, 69(1974)School of materials Science and engineering40mol(%)SiO2Al2O320406080120014001600180020002050206080wt(%)温度温度()L17231595E1E2SiO2+A3S2固溶体固溶体L+ A3S2固溶体固溶体A3S2固溶体固溶体Al2O3+A3S2固溶体固溶体18401850L+SiO2L+ A3S2固溶体固溶体L+Al2O3硅质硅质粘土质粘土质高铝

36、质高铝质半硅质半硅质Al2O3-SiO2二元系统二元系统School of materials Science and engineeringAl2O3-SiO2二元系统总结：二元系统总结： Al2O3对硅砖生产来说是有害杂质；对硅砖生产来说是有害杂质；(因此，硅因此，硅砖尽量避免与其它含铝的耐火材料混用砖尽量避免与其它含铝的耐火材料混用) 当当Al2O3的含量为的含量为1-15%时，不宜作耐火材料的时，不宜作耐火材料的配方；配方； 当当Al2O3的含量的含量15%时，其含量增加，耐火性时，其含量增加，耐火性能逐步得到改善；能逐步得到改善； 当当Al2O3的含量为的含量为70-72%时，得莫来

37、石砖，耐时，得莫来石砖，耐火、耐腐性能；火、耐腐性能；课后思考课后思考在硅砖实际生产过程中，要加入石在硅砖实际生产过程中，要加入石灰乳作粘结剂，加灰乳作粘结剂，加Fe2O3作矿化剂，请查作矿化剂，请查阅相关资料，这些外加剂对硅砖性能有阅相关资料，这些外加剂对硅砖性能有何影响？何影响？提示：可从提示：可从CaO-SiO2、Fe2O3-SiO2二元二元相图分析。相图分析。School of materials Science and engineering 常用于玻璃，常用于玻璃，其最低共熔点为其最低共熔点为799。 73SiO2和和27Na2O易溶于水易溶于水生成泡花碱。生成泡花碱。 由于由于N

38、a2O在在高温容易挥发高温容易挥发,故故相图中缺乏相图中缺乏Na2O含量高部分。含量高部分。6.4.3.2Na2O-SiO2系统相图系统相图School of materials Science and engineering6.4.3.3CaO-SiO2系统相图系统相图C3S、C2S是水是水泥熟料中的重泥熟料中的重要矿物要矿物问题问题1：该系统可分为几个子系统？：该系统可分为几个子系统？问题问题2：C3S能稳定存在的温度范围是多少？能稳定存在的温度范围是多少？问题问题3：具体分析具体分析SiO2-CS分系统，解释为何分系统，解释为何CaO可可作为硅砖生产的作为硅砖生产的 矿化剂矿化剂？思考题

39、：思考题：怎样才能使怎样才能使C3S在常温下存在下来？在常温下存在下来？提示：可从固溶体、冷却速度等方面考虑。提示：可从固溶体、冷却速度等方面考虑。School of materials Science and engineering6.4.3.4MgO-SiO2二元系统二元系统School of materials Science and engineering6.4.3.5CaO-Al2O3系统（自学）系统（自学）School of materials Science and engineering6.4.3.6MgO-Al2O3系统系统School of materials Scienc

40、e and engineering6.4.3.76.4.3.7BaO-BaO-TiOTiO2 2二二元系统元系统 161251612120立方立方顺顺电电体体正方正方铁铁电电体体斜方斜方铁铁电电体体六方六方顺顺电电体体三方三方铁铁电电体体-801460熔熔体体Ba2TiO4极有极有害，易吸潮害，易吸潮单晶单晶陶瓷陶瓷问题问题1：该系统可分为几个子系统？：该系统可分为几个子系统？问题问题2：要获得具有铁电性能的钛：要获得具有铁电性能的钛酸钡单晶和陶瓷，其原始酸钡单晶和陶瓷，其原始组成应在什么范围？组成应在什么范围？School of materials Science and engineeri

41、ng6.56.5三元系统三元系统三元系统在材料科学领域是较为重要的一三元系统在材料科学领域是较为重要的一类系统，其独立组分数为类系统，其独立组分数为3 3。根据相律：根据相律：对于三元凝聚系统，对于三元凝聚系统，F FC CP P1 14 4P PP Pminmin=1=1，F Fmaxmax=3=3P Pmaxmax=4=4，F Fminmin=0=0这三个自由度是温度和两组分的浓度。这三个自由度是温度和两组分的浓度。School of materials Science and engineering浓度三角形简介。浓度三角形可以是任意浓度三角形简介。浓度三角形可以是任意三角形。三角形。

42、6.5.1三元系统的浓度表示法三元系统的浓度表示法School of materials Science and engineering（1）等含量规则在浓度三角形中，平行于一条边的直线上所有在浓度三角形中，平行于一条边的直线上所有各点的组成中含对面顶点组分的量相等。各点的组成中含对面顶点组分的量相等。6.5.2浓度三角形的性质浓度三角形的性质School of materials Science and engineering从浓度三角形某顶从浓度三角形某顶点向对边作射线（或与点向对边作射线（或与其对边上任一点的连其对边上任一点的连线），线上所有各点的线），线上所有各点的组成中含其他两个组分

43、组成中含其他两个组分的量的比例相等。的量的比例相等。应用应用在析晶时，液相组成的在析晶时，液相组成的变化方向的确定方面。变化方向的确定方面。(2)等比例规则School of materials Science and engineering在浓度三角形中，一个三元系统的组成点愈靠在浓度三角形中，一个三元系统的组成点愈靠近某个顶点，该顶点所代表的组分的含量就愈高；近某个顶点，该顶点所代表的组分的含量就愈高；反之，愈少。反之，愈少。（3）背向线规则由等比例规则可知：由等比例规则可知：若熔体在冷却时析出若熔体在冷却时析出某一顶点所代表的组某一顶点所代表的组元，则液相中组成点元，则液相中组成点必定沿

44、着该顶点与熔必定沿着该顶点与熔体组成点的连线向背体组成点的连线向背离该顶点的方向。离该顶点的方向。School of materials Science and engineering当两个组成已知的当两个组成已知的三元混合物（或相）混三元混合物（或相）混合成一个新混合物（或合成一个新混合物（或新相）时，则新混合物新相）时，则新混合物的组成点必在两个原始的组成点必在两个原始混合物组成点的边线上，混合物组成点的边线上，且位于两点之间，两个且位于两点之间，两个原始混合物的质量与它原始混合物的质量与它们的组成点到新混合物们的组成点到新混合物组成点之间的距离成反组成点之间的距离成反比。比。 （4）杠杆

45、规则School of materials Science and engineering（5）重心规则设设M M、N N、Q Q、P P四相。四相。u交叉位交叉位PQMNu共轭位共轭位PQNMu重心位重心位MNQPSchool of materials Science and engineering6.5.3 三元系统相图的基本类型三元系统相图的基本类型 (一一) 具有一个低共熔点的三元系统具有一个低共熔点的三元系统 （二）具有一个一致熔融二元化合物二）具有一个一致熔融二元化合物的三元系统的三元系统 （三）具有一个一致熔融三元化合物（三）具有一个一致熔融三元化合物的三元系统的三元系统 （四）

46、具有一个不一致熔融二元化合物（四）具有一个不一致熔融二元化合物的三元系统的三元系统 （五）具有一个不一致熔融三元化合物（五）具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统的三元系统 （六）具有一个低温稳定、高温分解二元化合物（六）具有一个低温稳定、高温分解二元化合物的三元系统的三元系统 （七）具有一个高温稳定、低温分解二元化合物（七）具有一个高温稳定、低温分解二元化合物的三元系统的三元系统 （八）具有多晶转变的体系（八）具有多晶转变的体系的三元系统的三元系统 （九）形成三元连续固溶体的体系（九）形成三元连续固溶体的体系的三元系统的三元系统 （十）形成二元连续固溶体的体系（十）形成二元连续固溶体的体系的

47、三元系统的三元系统 （十一）具有液相分层的三元体系（十一）具有液相分层的三元体系的三元系统的三元系统School of materials Science and engineering特点：特点：液相完全互溶，固相完全不互溶，三组液相完全互溶，固相完全不互溶，三组分各自从液相分别析晶，不形成固溶体，不分各自从液相分别析晶，不形成固溶体，不生成化合物，是最简单的三元系统。生成化合物，是最简单的三元系统。（1 1）立体状态图）立体状态图区域、曲面、界线、点的意义。区域、曲面、界线、点的意义。 6.5.3.16.5.3.1具有一个低共熔点的三元系统相图具有一个低共熔点的三元系统相图School o

48、f materials Science and engineering（2）平面投影图区域、界线、点与立体图的对应关系及其意义。School of materials Science and engineeringA A、将一些固定的点（特殊点）的温度直接、将一些固定的点（特殊点）的温度直接标在图上或另列表注明；标在图上或另列表注明；B B、在界线上用箭头表示温度的下降方向，、在界线上用箭头表示温度的下降方向，三角形边上的箭头则表示二元系统中液相线温度三角形边上的箭头则表示二元系统中液相线温度下降的方向；下降的方向；C C、在初晶区内，温度用等温线表示。、在初晶区内，温度用等温线表示。（3）投

49、影图上的温度表示方法（4）平面投影图上的析晶过程及析晶过程中各相的数量School of materials Science and engineering6.5.3.26.5.3.2具有一个一致熔融二元化合物的三元系统相图具有一个一致熔融二元化合物的三元系统相图特点特点：某二组分间生某二组分间生成一个不一致熔融二成一个不一致熔融二元化合物，其组成点元化合物，其组成点在其初晶区范围内。在其初晶区范围内。副三角形化规则副三角形化规则: :是是将界线两侧初晶区所将界线两侧初晶区所对应的晶相组成点连对应的晶相组成点连起来（得该界线相对起来（得该界线相对应的连线），得到副应的连线），得到副三角形。三角

50、形。School of materials Science and engineering如无变点处于其相应如无变点处于其相应副三角形的重心位，则副三角形的重心位，则该无变点为低共熔点；该无变点为低共熔点；如无变点处于其相应副如无变点处于其相应副三角形的交叉位，则该三角形的交叉位，则该无变点为单转熔点；如无变点为单转熔点；如无变点处于其相应副三无变点处于其相应副三角形的共轭位，则该无角形的共轭位，则该无变点为双转熔点。变点为双转熔点。（4）三角形规则确定结晶产物和结晶终点原始熔体组成点原始熔体组成点所在三角形的三个顶所在三角形的三个顶点表示的物质即为其点表示的物质即为其结晶产物；与这三个结晶产

51、物；与这三个物质相应的初晶区所物质相应的初晶区所包围的三元无变量点包围的三元无变量点是其结晶结束点。是其结晶结束点。6.5.3.3 具有一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图具有一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图判读三元相图的几条重要规则：判读三元相图的几条重要规则：将界线上某一将界线上某一点所作的切线与相应点所作的切线与相应的组成连线相交，如的组成连线相交，如交点在连线上，则表交点在连线上，则表示界线上该处具有共示界线上该处具有共熔性质；如交点在连熔性质；如交点在连线的延长线上，则表线的延长线上，则表示界线上该处具有转示界线上该处具有转熔性质，远离交点的熔性质，远离交点的晶相被回吸。晶相

52、被回吸。 （3）重心规则判断无变点的性质（2）切线规则判断界线的性质将一界线（或其将一界线（或其延长线）与相应的延长线）与相应的x x组成连线（或其延组成连线（或其延长线）相交，其交长线）相交，其交点是该界线上的温点是该界线上的温度最高点。度最高点。（1）连线规则判断界线的温度走向School of materials Science and engineering分析该相图的析晶过程。分析该相图的析晶过程。Ml1l2l3S1School of materials Science and engineering6.5.3.46.5.3.4生成一个一致熔融三元化合物的三元系统相图生成一个一致熔融

53、三元化合物的三元系统相图School of materials Science and engineering6.5.3.56.5.3.5生成一个不一致熔融三元化合物的三元系统相生成一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图（重点）图（重点）F图中的图中的F点为转折点：点为转折点： Pm1F为转熔线：为转熔线： LAS FE2为共熔线：为共熔线： LSAE1：低共熔点低共熔点 LBSCE2： 低共熔点低共熔点 LASCP： 单转熔点单转熔点 LABS特点：特点：S组成点不同其初晶区内。组成点不同其初晶区内。School of materials Science and engineering无变点

54、无变点R与组成点与组成点S的相对位置的相对位置不同，界线的性质不同不同，界线的性质不同R：LAB SSchool of materials Science and engineeringA+SB+SA+BL+AL+B6.5.3.6 6.5.3.6 生成一个低温稳定、高温生成一个低温稳定、高温分解的二元化合物的三元系统相图分解的二元化合物的三元系统相图School of materials Science and engineeringSchool of materials Science and engineering6.5.3.76.5.3.7生生成一个低温成一个低温分解、高温分解、高温稳定的二元稳定的二元化合物的三化合物的三元系统相图元系统相图 School of materials Science and engineering6.5.3.86.5.3.8具有多晶转变的三元系统相图具有多晶转变的三元系统相图o n n1 1n n2 2为多晶转为多晶转变线，无温度变线，无温度下降方向。下降方向。t tn nee3 3, t, tn nee2 2o 线上线上F=1F=1n1n2多晶转变温度高于两个二元系统的低共熔温